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【光明日报·头版】钟万勰院士:要给中国数学争这一席之地

作者:吴琳 吕东光 来源:光明日报(2019-07-28) 时间:2019-08-15 14:34

原文链接:https://gmrb.cloud.gmw.cn/gmrb/html/2019-07/28/content_39578.htm

【光明访名家】

“中国人就应占有这一席之地,有什么不敢讲的。别熊,要给中国数学争这一席之地,提提气,要配得上国家的崛起”。7月10日上午,在2019年全国青少年高校科学营大连理工大学分营的开营第一课上,中国科学院院士、计算力学专家、85岁高龄的钟万勰教授这样勉励参与科学营的高中生们。他从中华民族5000年悠久历史引入,作了题为“辛数学及其工程应用”的专场讲座,满满的家国情怀、厚重的传统文化底蕴、深植的红色基因,都让在场的高中生们热血沸腾,备受鼓舞。

“要给中国数学争这一席之地。”这个信念贯穿了钟万勰的学术生涯。

原创是闯出来的

20世纪50年代,钟万勰便开始对由法国数学大师圣维南提出,并由力学大师斯坦福大学的铁木辛柯总结出来的弹性力学求解的半逆法,即圣维南问题“凑合法”产生了质疑。因为,它缺乏一般性,人们不知道“半逆法”的假定是如何凑合出来的,面对一个新的问题又怎么去做新的假定?数学求解上的困难,导致该理论不能被广泛应用。

“这个难题,我也来碰碰。”从此,这一难题梗在钟万勰心中30年。这期间,钟万勰利用他深厚的数学功底,消化了大数学家赫尔曼·韦尔在1939年根据哈密尔顿正则方程的对称特点而提出分析动力学的“辛”体系,之后,他不仅明确指出经典“辛”体系问题症结在于没有实现“保辛”,而且,通过创建自己的“辛”体系,实现了“保辛”。

所谓“保辛”其实就是系统的守恒,这在动力学中非常重要。“辛”体现了动力学能量传递过程中状态两端的一种对称结构,称为辛矩阵,动力学要求能量从初始产生到完成传递,辛矩阵要达到能量守恒,这也是控制学中最基本的问题。近百年来,科学家们一直在探索这个问题而无果。钟万勰从结构力学入手,引入状态向量的描述,进行区段离散分析,并利用20多年来创建的变分原理进行变形能密度变换,进而提出了自己的“辛”代数体系,从中发现了结构力学子结构理论与线性二次最优控制理论之间有模拟关系,实现了辛矩阵状态两段的“保辛”。

钟万勰通过创建离散的辛数学,打通了分析动力学与分析结构力学之间的隔绝,建立了彼此相互联系的通道。那是在1989年,钟万勰已经55岁,奋斗了整整30年。1993年的《计算结构力学与最优控制》是钟万勰“辛”体系标志性成果。钟万勰以“众里寻他千百度,蓦然回首,那人却在灯火阑珊处”形容当时的心情。

钟万勰一鼓作气,为这一理论体系创立了精细数值积分法的计算体系,形成从理论到应用的完整“辛”体系。1995年,学术专著《弹性力学求解新体系》的出版,受到了中外学术界的极大关注。这一方法计算方便,在电子计算机上更是得心应手,用一个程序可求解多种问题,它服务于我国土木建筑、航天航空、海上采油、电子、造船、机械制造、内燃机、铁路、锚杆等许多领域,取得了显著的社会效益和经济效益。钱学森致信:“是您使弹性力学的工程计算体系适应了电子计算机时代的要求,真是立了大功!”

“中行独复,以从道也”

钟万勰常说:“行成于思毁于随,随了多少年了,岂能总是随着别人转?该反客为主,走自己的路了。”

钟万勰的质疑精神早在少年时代就培养起来。他的父亲钟兆琳是我国电机科学及民族电机工业创始人之一,父亲不为日、伪政府效劳,愤然辞职的民族气节,以及钟万勰亲身感受到的中国人遭受日本人欺凌的屈辱历史,在他的骨子里打下深深烙印:落后就要挨打,要好好学习,为中国人争气。

钟万勰大学就读于同济大学桥梁与隧道专业,四年级时,他撰写的论文经校长、著名桥梁专家李国豪院士推荐,在1957年中国力学学会成立暨第一届学术年会上宣读,时任中国科学院力学所副所长钱伟长院士亲自点将,“这个人我要了”。于是,大学毕业后,钟万勰便来到中科院给钱伟长做起了助手。后来还受所长钱学森院士指派,到中国科技大学主讲《理论力学》。

现在回忆起来,钟万勰感慨地说:“那时候两位大科学家就已经感受到力学中缺少些什么东西,也就是力学不能为生产实践解决问题。”“我现在终于可以向两位先生交账了!”

20世纪60年代,钟万勰在蹲“牛棚”时,凭借小时候与父亲下围棋练就的“复盘”本事,把“核潜艇耐压壳体锥柱结合壳体稳定性设计”,写在了一叠废纸上,在“放风”时交给了钱令希院士,确保我国第一艘核潜艇成功潜水。这一成果成为我国潜艇耐压壳计算的规范,后来还获得了全国科学大会奖和国家自然科学奖。

20世纪70年代,大连理工大学力学系在钱令希院士指导下,开始把力学同计算机结合起来,创建了计算力学新兴学科。学校派出了以钟万勰为骨干的“上海小分队”,去南方开拓,大力发展计算力学事业。钟万勰将数学“群论”与结构力学相结合,创建了新的理论体系,并率领团队开发了“结构分析软件”“微机结构分析程序设计软件”等,弥补了国际、国内空白,解决了许多大型工程中的关键核心问题。经这番努力,我国在计算力学领域与国际缩小了差距。

钟万勰很欣赏《易经》中的“中行独复,以从道也”这句话,并把它写在了他主要著作中的封面或前言中。在他身上,你会感受到一位科学家挑战“洋人”的民族自信感,和他无所畏惧的创新精神。“有人说我的‘最优控制’和洋人不一样,我为什么和洋人一样?我做出来的就好使,你做不过我!”

面对国外控制理论的艰涩难懂和技术封锁,他的《状态空间控制理论与计算》创建了我国自己的控制理论,即鲁棒控制H∞理论,并开发出“计算机辅助工程”系统软件,集成了“工程与科学计算集成软件”平台,这些研发对机器人快速机动操作、制导武器的精确打击和拦截、航空航天飞行器的研制,对国家经济建设发展,都在发挥和必将发挥重要作用。

2004年至今,钟万勰一直坚持为本科生、研究生上课。他将为学生编写的教材按照祖冲之方法论进行归结,《工科数学——祖冲之思路》内容贯古通今、融合中西。对上课,钟万勰一丝不苟,除了反复编写教材外,每次上课前都少吃饭:“少吃,胃里没负担,好讲课。”自己还做了个小墩子,方便上讲台。这几年,钟万勰心脏愈加不好,今年年初做了搭桥手术,恢复后还要坚持上课。2018年,84岁的钟万勰步行去往上课路上停歇和吃“速效救心丸”的照片在网上流传,两天点击率就达到189万。

学生吴志刚教授说:“先生成为我们晚辈科研探索的学习榜样。”学生蔡志勤教授说:“每当我科研受挫,钟先生甘于寂寞、矢志追求、敢于创新的精神,总能激励我从中找寻继续前行的动力。”

(本报记者 吴琳 本报通讯员 吕东光)


责任编辑:杜佳

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